Hallo, nachdem ich hier im Forum so viele Anregungen bekommen habe, möchte ich euch mein BatDroid Projekt vorstellen. BatDroid ist quelloffenes Aufnahmesystem für Fledermausrufe mit Android-Smartphone User Interface und Stereo Mithörmöglichkeit. Eigenschaften: - Aufnahmen mit 312.5KHz oder 625KHz Samplerate - 16 oder 24Bit Auflösung im Wav Format - Speicherung auf µSD Karte - Zusätzlichen XML-File pro Aufnahme mit GPS Daten und Aufnahmeparametern - Stereo oder Mono Konfiguration zum Mithören - Frequenzteiler(FD) oder Heterodyn-Mischer(HD)Verfahren - Automische Call-Erkennung, Kurzanalyse, automtische Trigger-Modi - Gesamtes User-Interface über Android Phone (WLAN oder Bluetooth) - Basierend auf XynergyXS Modul mit STM32 Prozessor und Xilinx Spartan-6 FPGA - FreeRTOS auf dem STM32 - Nicht gerade billig, aber mit Optimierungspotenzial und vielen Möglichkeiten erweitert oder auch in anderen Bereichen eingesetzt zu werden Alle Details auf http://www.batdroid.de . Dort findet ihr STM32 Sourcen, VHDL Sourcen, Eagle Sourcen, mechanische Hinweise, Löthinweise, Bezugsquellen usw. Das System ist, wie es vorgestellt wird, voll lauffähig. Ich bin allerdings kein Experte in Analog-Technik, DSP, PCB Design, Android Programmierung usw. Deshalb bin ich für Hinweise auf Fehler, Optimierungsmöglichkeiten, Preisreduktion usw. sehr dankbar. Das Projekt ist zeitlich etwas aus dem Ruder gelaufen und ich bin vom Know-How und von der Zeit, die ich reinstecken kann, am Anschlag. Vielleicht möchte ja jemand mitarbeiten und noch mehr draus machen? Ansonsten bietet die Webseite zumindest einen netten Source-Code Pool von Beispielen im STM32 und Spartan-6 Bereich. Viele Grüße, Michael
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Das Design erfordert ja eine recht aufwendige Hardware. Das stellt eine Hürde für Nachbau und Verkauf dar. Moderne Smartphones haben viel Rechenleistung zur Verfügung. Hast Du da auch mal über folgendes Alternativkonzept Gedanken gemacht: Du sampelst mit 16Bit und meinetwegen 312.5KHz und überträgst die Daten per USB 2 direkt an das Smartphone. Alles weitere decodieren, analysieren, Audio zum Mithöhren etc. wird in Software auf dem Smartphone gemacht. Wenn einem 192K Audio reichen, könnte man auch direkt eine etwas bessere Soundkarte verwenden. Dann braucht man zum ersten ausprobieren des Systems nur Hardware von der Stange.
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Hallo, Danke für das Feedback! Ja, an solche Konzepte hatte ich auch gedacht. Sowas kann man in den verschiedensten Qualitätsstufen auch schon kaufen Z.B. http://www.batsound.com/?p=115 Das ist ein durchaus sehr sinnvolles Konzept. Beim BatDroid wollte ich jedoch die die Echtzeitmöglichkeiten der BatDroid HW nutzen (z.B. kann man sehr aufwendige automatische Aufnahme-Trigger und Filter mit der Echtzeit-FFT implementieren, oder noch digitales Echtzeit-Equalizing zum Ausgleich des Mikrofonfrequenzganges machen) und die Rechenleistung des Smartphones eher dazu nutzen, ggf. noch eine Analyse der WAV Dateien im Feld auf dem Smartphone zu ermöglichen, um eine Artbestimmung durchzuführen. Deshalb auch das WLAN Interface, um die relativ großen WAV Dateien in vernünftiger Zeit auf das Phone zu bekommen. Der Analyse Teil ist aber noch nicht implementiert und ich glaube auch nicht, dass ich das selbst machen werde. Zuviel Wissenschaft dahinter... Dazu gibt es aber vielversprechende Open Source Projekte, z.B. hier: http://batmobile.blogs.ilrt.org/porting-bat-bioacoustics/ Kommerzialisieren ist übrigens kein Thema für mich. Ich habe mich explizit dafür entschieden, das Projekt vollkommen offen zu machen. Damit kann man eigene Änderungen machen oder ganz andere Use-Cases mit der gleichen Plattform adressieren. Aber Du hast natürlich Recht. Das Ding ist weder billig noch einfach nachzubauen. Ich bin aber überzeugt, dass man bezüglich der Kosten noch erhebliche Einsparungen erzielen kann. Ich weiss (aufgrund fehlendes Know-Hows oder fehlender Erfahrung) an vielen Stellen einfach nicht, wo man vernünftig einsparen kann, ohne die Qualität oder die Funktion wesentlich zu reduzieren. Das war bisher noch nicht im Fokus. Aber dafür gibt es hier ja sicher Experten... MfG Michael
Michael M. schrieb: > Beim BatDroid wollte ich jedoch die die Echtzeitmöglichkeiten der > BatDroid HW nutzen (z.B. kann man sehr aufwendige automatische > Aufnahme-Trigger und Filter mit der Echtzeit-FFT implementieren, oder > noch digitales Echtzeit-Equalizing zum Ausgleich des > Mikrofonfrequenzganges machen) Ist harte Echtzeit hier wirklich notwendig oder was hilft sie? Was ist das Problem, wenn ich das runtergesampelte knack-knack-knack um meinetwegen 100ms verzögert im Kopfhöhrer habe? > und die Rechenleistung des Smartphones > eher dazu nutzen, ggf. noch eine Analyse der WAV Dateien im Feld auf dem > Smartphone zu ermöglichen, um eine Artbestimmung durchzuführen. Unterschätze moderne Smartphones nicht. Aktuelle Geräte sind Quadcores mit etwas unter 2GHz, 2 GB RAM etc. Die analysieren Dir Deine Samples, encoden den Videostream Deiner Nachtsichtkamera in H264 und laden ihn bei Youtube hoch - alles gleichzeitig, ohne große Latenz und es bleibt noch Rechenleistung übrig... Und die Entwicklug in dem Bereich ist rasant, in 2 Jahren sieht das schon wieder ganz anders aus. Den einzigen Punkt den man sich überlegen muss ist die Sache mit den Treibern. Also will man es schaffen, ohne ein gerootetes Telefon mit Custom-Kernel und Treibern auszukommen und wenn ja, mit was für einem Treiber macht man dann die Datenübertragung. > Der Analyse Teil ist aber noch nicht implementiert und ich glaube auch > nicht, dass ich das selbst machen werde. Zuviel Wissenschaft dahinter... Genau das ist der Punkt: Du suchst Mitstreiter. Doch Leute, die sowohl ausreichend gut SMD löten können um Dein Teil nachzubauen, als auch Software entwickeln, fit in Mathe und sich mit der Wissenschaft der Fledermauserkennung auskennen, sind sehr rar gesäht. Ich glaube Du hast deutlich bessere Chancen Mitstreiter zu finden wenn Du die Hardwareseite vereinfachst.
Wie schon erwähnt: Natürlich ist die direkte Verwendung eines Smartphones eine valide Architekturoption. Allerdings hat diese, wie Du schon erwähnt hast, auch ihre Tücken und Herausforderungen. Und den Analogteil mit Spannungsversorgung, Vorverstärkern, ADCs etc. muss man nach wie vor aufbauen und verlagert dan Komplexität in Richtung Smartphone. Ob das Gesamtprojekt dann einfacher zu realisieren wäre, kann ich momentan nicht abschätzen, aber wer Lust hat, kann das natürlich gerne probieren. Noch eine verlockende Möglichkeit wäre die Verwendung von günstigen Standard-SoC-Boards, wie z.B. den Raspberry PI. Auch damit käme man sehr weit, insbesondere, wenn man die GPU noch als DSP Co-Prozessor nutzen könnte (das scheitert meines Wissens aber daran, dass es keine entsprechenden Libraries gibt). Das wären alles sehr interessante, andere Projektansätze und Projekte, die man starten könnte. Ich hatte mich für diese Variante entschieden, da sie für mich (mit meinen Mitteln und meinem Know-How) machbar und handlebar erschien, was sich ja auch als richtig rausgestellt hat. Und das sehe ich auch als die Chance: Soweit funktioniert das Gesamtsystem vom UI bis zur Gehäusemechanik sehr schön und erwartungsgemäß. Damit ist die "Prinzip-Hürde" geschafft, viel Risiko aus dem Projekt raus und wenn jemand Lust hat, dann kann er sich für eigene Projekte etwas rauspicken oder zu bestimmten Themen in diesem Projekt beitragen.
Das wichtigste an dem System ist das Mikrophon und der Verstärker. Wo bekommt man ein breitbandiges Mikrophon für den Bereich bis 200kHz. Beides ist im Schaltplan quasi nicht vorhanden.
Herbert schrieb: > Beides ist im Schaltplan quasi nicht vorhanden. Schaust Du hier: http://www.batdroid.de/project-definition/hardware/pre-amplifier-1 Dort ist der Vorverstärker beschrieben. Und dort gibt es auch ein Kapitelchen 2.1: Microphone mit Links zu den Datenblättern und Hinweisen dazu. Es lohnt auch ein Blick in die BOM (Link oben auf der Seite, Reiter Pre-amplifier). Dort sind Links zu den Datenblättern, Links zu Bezugsquellen und Preise (zu dem Zeitpunkt zu dem ich geschaut hatte). Und Du hast vollkommen Recht, Mikrofon und Vorverstärker sind für den Anwendungsfall extrem kritisch. Ich habe mit 2 Mikrofonen experimentiert: Mit den bekannten SPM0204UD5 und dem FG-23629. Beide Mikrofone kommen auch in kommerziellen Geräten zum Einsatz. Die gezeigte Schaltung ist für das SPM ausgelegt und funktioniert auch prächtig. Bekannt ist aber, dass das SPM einen recht eigenwilligen Frequenzverlauf hat, der nur aufwendig korrigierbar wäre. Leider wird das SPM nicht mehr hergestellt, daher auch die Experimente mit dem FG Mikrofon. Das FG ist teuer, hat eine hohe Ausgangsimpedanz und ist viel unempfindlicher als das SPM, dafür hat es aber einen viel besser berherrschbaren Frequenzganz und ist weniger empfindlich gegen Feuchtigkeit. Der Vorverstärker muss für dieses Mikrofon etwas angepasst werden, die optimale Beschaltung habe ich aber noch nicht ausgetestet. Wenn jemand für das FG Vorschläge für die Vorverstärker Beschaltung hat, dann nur zu! Ich bin analogtechnisch nur wenig bewandert. Hier im Forum wurde als sehr günstige Alternative auch das SPU0410HR5H erwähnt. Das wollte ich mir in nächster Zeit mal mitbestellen und ausprobieren. Hat da jemand Erfahrungen? Übrigens: Den Vorverstärker hatte ich absichtlich als seperate Schaltung realisiert. Dann könnte man durch einen angepassten Vorverstärker (andere Filter, andere Mikrofone, andere "Sensoren") ganz andere Use-Cases adressieren. Ganz einfach wären z.B. Vogelstimmen, die man mit 312.5kHz aufnehmen könnte oder Ultraschall Untersuchungen an Materialen. Braucht das jemand? Keine Ahnung, aber zumindest könnte man die Plattform auch für sowas hernehmen. Grundstock wäre da, HW technisch müsste nur der Vorverstärker + Mikrofon (oder Sensor oder was auch immer) angepasst werden. Im Prinzip ist das "Mainboard" ja nur ein 2-Kanal ADC. Michael
>Ich habe mit 2 Mikrofonen experimentiert: Mit den bekannten SPM0204UD5 >und dem FG-23629. Beide Mikrofone kommen auch in kommerziellen Geräten >zum Einsatz. Danke für die Information. Gute Ultraschallmikrophone sind ja nicht einfach zu finden. Vor kurzem saßen wir Abends mit einem Fledermausdektor von Kainka ( bzw. Franzisverlag ). Der Detektor verwendet ganz normale Piezo- Ultraschallwandler. Ich habe erwartet, dass die ziemlich ungeeignet sind, weil Piezowandler eine stark ausgeprägte Resonanz und damit Empfindlichkeit bei einer Frequenz haben. Plötzlich kamen aber Fledermäuse und man hat sie im Detektor gehört bevor man sie gesehen hat.
Stimmt. Viele Geräte (meist die etwas günstigeren, es gibt aber auch Ausnahmen) verwenden Elektretkapseln. Zum reinen Mithören ist das vollkommen OK. Wenn man Rufe aufnimmt, dann überlicherweise zu dem Zweck, aus den Aufnahmen eine Artbestimmung zu versuchen. Da gibt es dann etwas andere Anforderungen an die Mikrofone. Um Vergleichbarkeit von Aufnahmen von verschiedenen Geräten zu schaffen, wäre eigentlich ein gerader Frequenzgang der Mic/Pre-Amp Kombination optimal. Aber selbst die meisten kommerziellen Hersteller scheinen den Frequenzgang der Mikrofone nur wenig oder gar nicht anzupassen. Vielleicht machen sie das dann in ihrer, zum Gerät passenden PC-Software zur Analyse. Da habe ich keine fundierten Infos. Meine jetzige Kombination von unkorrigiertem SPM0204UD5 und der BatExplorer SW von Elekon funktioniert sehr gut. Zumindest behauptet das meine Frau, die z.Z. täglich damit arbeitet. Trotzdem habe ich noch auf der Liste, im FPGA eine Frequenzganzanpassung je nach Mikrofontyp zu machen. Die Parameter dafür will ich im schon vorgesehenen FRAM auf der Vorverstärkerplatine ablegen. Dann könnte man die verschiedensten Mikrofon/Pre-Amp Kombinationen an des Gerät anschließen und hätte eine immer dazu passende Frequenzgangkorrektur die beim Booten aus dem gerade angeschlossenen FRAM auf dem Vorverstärker gelesen wird. Amplitudennormierung ggf. auch noch. Ist aber auf der ToDo Liste für die langen Winternächte...
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Fortsetzung aus: Beitrag "Mikrofonverstärker" Thorsten S. schrieb: > Interessant ist z.B. auch die Möglichkeit, das Ringpuffer-Signal mit > voller Rate wiederzugeben und durch den Mischerdetektor-Teil zu > schicken. > Dann kann man sich ein paar Sekunden Ultraschall, z.B. einen Soziallaut > oder einen Feeding-Buzz, in der Endlosschleife abspielen und in aller > Ruhe mit veränderter Mischer-Abstimmung sich immer wieder anhören. Prima Idee! Kommt auch auf die ToDo Liste, natürlich auch mit der Möglichkeit auch aufgenommene Files von der SD Karte wieder durch den Mischer anzuhören. Thorsten S. schrieb: > Wenn das auch mit Files von der SD-Karte funktioniert, könnte man sogar > komplette Trockenübungen veranstalten, z.B. als Training vor Beginn der > Fledermaus-Saison. Oder mal ausprobieren, wie sich bekannte > Referenzaufnahmen im Mischer anhören. Bisher habe ich sowas am PC mit den aufgenommenen Files gemacht. Beim BatExplorer von Elekon kann man die aufgezeichneten Rufe mit Zeitdehner, Mischer usw. wieder abspielen und hört dann die entsprechenden Ergebnisse. Allerdings muss der Höreindruck am PC natürlch nicht 100% mit dem BatDroid Höreindruck übereinstimmen. Daher macht es durchaus Sinn, das auch im Gerät selber zu unterstützen. Zumal man sich dann auch "im Feld" noch einmal etwas anhören kann. Noch ein ToDo, danke für die Erläuterung! Momentan bin ich noch am Vorverstärker für die FG Mikrofone, danach werden wieder nach und nach neue Features eingebaut. Noch eine Frage von mir: Wie machst Du Frequenzgang-Messungen von der Mikrofon/Vorverstärker Kombination? Gibt es durchstimmbare Hochton- oder US-Lautsprecher, die den relevanten Bereich wiedergeben können? Nur Vorverstärker kann ich ja ansatzweise noch mit einem Signalgenerator und Oszi durchmessen, aber mit Mikrofon wird es schwierig. Momentan untersuche ich oft das Rauschsignal der Kombination. Einfach eine Aufnahme am ruhigen Ort machen und dann z.B. mit Audacity eine Frequenzanalyse der Aufnahme (des Rausches)durchführen. Das vermittelt schon einmal einen Eindruck, muss aber natürlich nicht mit dem Frequenzgang des Nutzsignals übereinstimmen. Hat Du da Tipps? MfG Michael
Michael M. schrieb: > Bisher habe ich sowas am PC mit den aufgenommenen Files gemacht. Beim > BatExplorer von Elekon kann man die aufgezeichneten Rufe mit Zeitdehner, > Mischer usw. wieder abspielen und hört dann die entsprechenden > Ergebnisse. Für die nachträgliche Analyse zu Hause ist das sicher nahezu optimal. Ok, die Software muß ich mir unbedingt mal genauer ansehen... Ich dachte bislang immer, die wäre an eine entsprechende Hardware gebunden. > Allerdings muss der Höreindruck am PC natürlch nicht 100% > mit dem BatDroid Höreindruck übereinstimmen. Naja, Produktmischung bleibt Produktmischung, zumal der BatDroid das ja auch mathematisch korrekt im FPGA berechnet. Ich würde da keinen relevanten Unterschied erwarten. Höchstens noch im Vergleich zu einem analogen Mischerdetektor, dessen Oszillator in der Regel keinen ganz perfekten Sinus erzeugt und somit mehr Mischprodukten durch Oszillator-Oberwellen produziert. > Daher macht es durchaus Sinn, das auch im Gerät selber zu unterstützen. > Zumal man sich dann auch "im Feld" noch einmal etwas anhören kann. Genau das ist der für mich interessanteste Punkt daran. Zumindest ich gehöre nicht zu den Leuten, die draußen im Feld ein Notebook für die Analysesoftware dabeihaben. Für besondere (stationäre) Aktionen wie Netzfang könnte ich mir das zwar vorstellen, aber der große Vorteil eines Detektors, auch Deines BatDroid, ist ja gerade die hohe Mobilität. Man kann auch Wege ablaufen, um sich einen Überblick über die Fledermäus-Aktivitäten in einem Gebiet zu verschaffen. > Momentan bin ich noch am Vorverstärker für die FG Mikrofone, danach > werden wieder nach und nach neue Features eingebaut. Ein FG-Mikro hab ich hier auch noch liegen, ebenso zwei EK-Mikros. Habe auch noch eine Großmembran-Kondensatorkapsel (Polaroid Transducer) die keinen Elektret hat, also eine hohe Polarisationsspannung benötigt. Das Ding hat mit zunehmender Frequenz eine starke Richtwirkung (mit vielen Nebenzipfeln) aufgrund der großen Membran, ist aber sehr empfindlich. > Wie machst Du Frequenzgang-Messungen von der Mikrofon/Vorverstärker > Kombination? Gibt es durchstimmbare Hochton- oder US-Lautsprecher, die > den relevanten Bereich wiedergeben können? Die Polaroid-Kapsel ist sowohl als Kondensatormikrofon, als auch als Ultraschall-Lautsprecher verwendbar. Das Stichworte hier sind: "Reziprozitätskalibrierung" bzw. "Zweiwandler Reziprozitätsverfahren" Grob gesagt kann man ein unbekanntes Mikrofon kalibrieren, wenn man einen zweiten Wandler zur Verfügung hat, der sowohl als Mikrofon als auch als Lautsprecher dienen kann. Voraussetzung sind praktisch identische Frequenzgänge im Mikrofon und Lautsprecherbetrieb. Ich stehe da erst am Anfang, noch ist mir nicht bekannt, wie gut es um die die Reziprozität bei der Polaroid-Kapsel bestellt ist... Die andere Möglichkeit wäre ein Vergleich zu einem bekannten Meßmikrofon. Idealerweise kalibriert man damit den Frequenzgang seines Lautsprechers und kann dann anschließend Mikrofone damit vermessen. > Nur Vorverstärker kann ich ja ansatzweise noch mit einem > Signalgenerator und Oszi durchmessen, Nicht nur ansatzweise, sondern sogar recht genau. Scopes sind extrem linear im Ultraschall-Frequenzbereich und leicht mit einem Multimeter und einem Gleichspannungsnetzteil kalibrierbar. Aber für einen Frequenzgang interessieren einen sowieso nur relative Werte, kommt also gar nicht auf die absolute Meßgenauigkeit an, sondern nur auf den geraden Frequenzgang. > aber mit Mikrofon wird es schwierig. Klar, da braucht man dann einen kalibrierten Ultraschall-Lautsprecher. Die Reziprozitätskalibrierung kann da weiterhelfen. > Momentan untersuche ich oft das Rauschsignal der Kombination. Das sagt einem nur wenig über das SNR aus, da man ohne ein Signal (mit bekanntem Spektrum) nichts über die Empfindlichkeit des Mikrofons über die Frequenz erfährt. Knowles hat ein Dokument veröffentlicht, in dem u.a. die Frequenzgänge von Empfindlichkeit und SNR der FG-Kapsel aufgeführt sind. Das interessante daran ist, daß zwar der Signalpegel zu hohen Frequenzen stark abfällt, aber auch der Rauschpegel, so daß unterm Strich das SNR bis zu hohen Frequenzen praktisch konstant ist. Der Vorverstärker darf natürlich nicht negativ zu der Bilanz beitragen. ;-) Gruß, Thorsten
Thorsten S. schrieb: > Die Polaroid-Kapsel ist sowohl als Kondensatormikrofon, als auch als > Ultraschall-Lautsprecher verwendbar. > Das Stichworte hier sind: "Reziprozitätskalibrierung" Vielen Dank für die Stichworte! Bisher habe ich mich noch gar nicht damit beschäftigt. Ich werde mir dieses Thema in nächster Zeit mal anschauen. Das Thema muss ich erst einmal im Internet nachlesen und hoffentlich einigermaßen verstehen. Zu einem Meßmikrofon (und Meßumgebung) hätte ich ggf. Zugang (über einen Uni-Kontakt). Aber ich wollte mich und meine Basteleien erst vernünftig vorbereiten, bevor ich dort Aufwände generiere. Würde Dich das auch interessieren? Vielleicht könnten wir in einer "Session" gleich verschiedene Schaltungen und Mics durchmessen. Thorsten S. schrieb: > Scopes sind extrem linear im Ultraschall-Frequenzbereich Das habe ich auch schon genutzt, habe aber die Erfahrung gemacht, dass ein sauberer Sinus mit so kleinen Pegeln gar nicht so einfach zu erzeugen und in die Schaltung zu bekommen ist. Das mache ich z.Z. mit dem Signalgenerator des Scopes und einem Spannungsteiler. Das Messen ist dabei einfacher als das vernünftige Einspeisen. Thorsten S. schrieb: > Knowles hat ein Dokument veröffentlicht, in dem u.a. die Frequenzgänge > von Empfindlichkeit und SNR der FG-Kapsel aufgeführt sind. Yepp, das kenn ich (habe ich auf auf der Webseite verlinkt). Thorsten S. schrieb: > Der Vorverstärker darf natürlich nicht negativ zu der Bilanz beitragen. > ;-) Beim SPM ist das bei meinem Vorverstärker OK. Bei den FG Kapseln ist bei meiner momentanen Vorverstärkerschaltung ab mittleren Frequenzen das Rauschen des Vorverstärkers zumindest im Bereich des FG Rauschens oder darüber. Deshalb experimentiere ich da noch... Sorry für die Reaktionszeiten... Ich bin ziemlich z.Z. landunter. Zu viele Baustellen...
Mir erschliesst sich persönlich nicht, wozu der gemeine Nutzer einen Fledermausdetektor braucht, aber das Projekt ist sicher bemerkenswert. Einen Punkte möchte ich addieren: Du schreibst, die Frequenzgänge der Mikrofone wären nicht gut zu korrigieren. Genau dies liesse sich aber mit einem FPGA sehr gut realisieren.
Michael M. schrieb: [Reziprozitätskalibrierung] > Das Thema muss ich erst einmal im Internet nachlesen und > hoffentlich einigermaßen verstehen. Jau, ich hatte dazu mal ein Dokument gefunden, das explizit auf die Kalibrierung von Ultraschallmikrofonen einging. Ärgerlicherweise kann ich es nicht wiederfinden... > Zu einem Meßmikrofon (und Meßumgebung) hätte ich ggf. Zugang (über einen > Uni-Kontakt). Aber ich wollte mich und meine Basteleien erst vernünftig > vorbereiten, bevor ich dort Aufwände generiere. Würde Dich das auch > interessieren? Vielleicht könnten wir in einer "Session" gleich > verschiedene Schaltungen und Mics durchmessen. Klar, das würde mich sehr interessieren! Ein Problem ist allerdings die kurze Wellenlänge der Ultraschallwellen. Bei 34 kHz ist die Wellenlänge 10mm, bei 100 kHz nur noch 3,4mm. D.h. man bekommt extrem schnell Interferenzeffekte. Wenn der Membrandurchmesser in die Größenordnung der Wellenlänge kommt, ergeben sich bei schrägem Einfall Interferenzen auf der Membran, so daß man ein mit zunehmender Frequenz immer ausgeprägteres Richtdiagramm erhält, das sich durch stark ausgeprägte Nebenzipfel auszeichnet. Besonders natürlich bei Großmembran-Transducern wie denen von Polaroid (siehe Datenblatt): http://davidbuckley.net/DB/HextorCD/electrans.pdf Deshalb ist es auch wichtig, daß hinter einem hervorstehenden Mikrofon keine reflektierende Fläche vorhanden ist. Siehe die gute Erklärung auf dieser Seite: http://www.batecho.eu/html/frame07.html Wenn man da halbwegs reproduzierbar messen möchte, muß man die Reflexionen von allen benachbarten Flächen (auch von Mikrofonstativen usw.) dämpfen, was z.B. mit Noppenschaumstoff ganz gut geht... Auf der sicheren Seite ist man, wenn man das Dämmaterial vorher einem Reflexions-Test unterzieht. Als Lautsprecher dafür reicht eine 45kHz Ultraschall-Keramikkapsel, die sich auch auf allen möglichen Oberwellen in Resonanz anregen läßt. Der Frequenzgang von Lautsprecher und Mikrofon ist dabei nebensächlich, weil man die Meßwerte normieren kann, z.B. im Vergleich mit einer Blechplatte als Reflektor. > Das habe ich auch schon genutzt, habe aber die Erfahrung gemacht, dass > ein sauberer Sinus mit so kleinen Pegeln gar nicht so einfach zu > erzeugen und in die Schaltung zu bekommen ist. Das mache ich z.Z. mit > dem Signalgenerator des Scopes und einem Spannungsteiler. Das Messen ist > dabei einfacher als das vernünftige Einspeisen. Da hast Du mich mißverstanden. Ich meinte nicht, den Vorverstärker damit auszumessen (was ich für begrenzt sinnvoll halte) sonder das Mikrofon incl. Vorverstärker mittels einer Ultraschallquelle. Wenn man einen Vorverstärker ausmessen möchte ist aber logischerweise ein Spannungsteiler (z.B. 1000:1) die richtige Einspeisung. Der Innenwiderstand sollte in diesem Fall etwa der Impedanz des eigentlich anzuschließenden Mikrofones entsprechen, man wird den unteren Widerstand des Teilers also niederohmig auslegen und mit einem Reihenwiderstand zum Verstärkereingang die Mikrofonimpedanz nachbilden. > Beim SPM ist das bei meinem Vorverstärker OK. Bei den FG Kapseln ist bei > meiner momentanen Vorverstärkerschaltung ab mittleren Frequenzen das > Rauschen des Vorverstärkers zumindest im Bereich des FG Rauschens oder > darüber. Deshalb experimentiere ich da noch... Hast Du Deine Schaltung fürs FG-Mikro irgendwo dokumentiert? Deckt sich das Ergebnis halbwegs mit einer Simulation (in LTspice)? > Sorry für die Reaktionszeiten... Ich bin ziemlich z.Z. landunter. Zu > viele Baustellen... Macht nix, geht mir ähnlich. Hab jetzt ebenfalls gebraucht, hatte die Benachrichtigung für diesen Thread noch nicht aktiviert...
Irgendwie erscheint mir das Projekt um Größenordnungen zu komplex angegangen. Fledermausrufe kann man auch ohne FFT detektieren, ebenso kann man den Frequenzgang von Mikrophonen ohne FFT mit einfachen (digitalen) Filtern deutlich besser ausgleichen. Im Prinzip müsste die Rechenleistung des STM32 locker ausreichen... Aber wenn man noch breitbandige Ultraschallsender an das FPGA anbindet, so könnte man ein richtig hochwertiges Echolot bauen. Dafür ist die FFT eine sinnvolle Anwendung.
Thorsten S. schrieb: > Klar, das würde mich sehr interessieren! Ich melde mich mal per Mail bei Dir dazu. Thorsten S. schrieb: > Deshalb ist es auch wichtig, daß hinter einem hervorstehenden Mikrofon > keine reflektierende Fläche vorhanden ist. Danke für die Links und die Erklärungen! Das mit der Keramikkapsel muss ich mal ausprobieren. Puhh, der Winter füllt sich mit Arbeit. Aber super intererssant deine Tipps! Beim BatDroid versuche ich das Thema Reflektionen mit ein wenig offenporigem Schaumstoff an der Frontplatte des Vorverstärkers zu adressieren. Die Mikrofone sind in Sugru (ein Knet-Silikon) gelagert, welches ich zu 45° Kegeln geformt habe. Siehe http://dieviermeyers.de/batdroid/micspm.jpg http://dieviermeyers.de/Batdroid/micfg.jpg Für das ganze Headset hat meine Frau auch noch eine Art Samtüberzug genäht. Das soll Reflektionen an dessen harten Flächen reduzieren (und versteckt die Technik ein wenig, so dass sie nicht ganz so arg wie ein durchgedrehter Alienforscher aussieht, die Blicke der Leute sind einfach köstlich ;-)). Das Headset hat übrigens die Eigenschaft, dass die Mikrofone recht "offen" im freien Raum hängen. Das hat zur Folge, dass man manchmal bei den Aufnahmen ganz gut die Reflektionen vom Boden erkennen kann. Je nach Untergrund (Teer vs. Wiese) mehr oder weniger stark. Bei Handgeräten ist mir das bisher weniger aufgefallen. Die hält man ja meist recht gerichtet vor dem Körper, der als weiche Fläche wohl weniger gut reflektiert. Und die Profi-Geräte wie der Batcorder setzen das Mikrofon in eine Spitze und decken die Flächen mit Fellstrukturen ab. Alles wg. der Reflektionen. Siehe http://www.batecho.eu/html/frame11.html Thorsten S. schrieb: > sonder das Mikrofon > incl. Vorverstärker mittels einer Ultraschallquelle. Ahh, hab mich auch schon ein wenig gewundert. Da fehlt mir z.Z. einfach noch eine Schallquelle. Aber mit Deinen Erläuterungen komme ich da sicher voran. Thorsten S. schrieb: > Hast Du Deine Schaltung fürs FG-Mikro irgendwo dokumentiert? > Deckt sich das Ergebnis halbwegs mit einer Simulation (in LTspice)? Yepp, den Stand vom letzten Wochenende findest Du hier: https://docs.google.com/file/d/0B6d2AEfJ44HpMmJzTXhhQ0hzREk/edit (Ist auch auf der Batdroid Seite verlinkt, inkl. Eagle Source.) Entscheidend ist der erste Verstärker mit dem LTC6362. LTSpice Simulation hier: https://drive.google.com/file/d/0B6d2AEfJ44HpSEtCR0xTUWRLc0U/edit?usp=sharing Diese Schaltung kompensiert noch nicht den Frequenzgang. Dieses Wochenende wollte ich es mal so probieren: https://drive.google.com/file/d/0B6d2AEfJ44HpcE5Qd0hvQW82YlU/edit?usp=sharing Die Eingangskondensatoren (C13, C14) vom LT1994 spielen auch noch mit (als HP). Was ich suche, ist eine möglichst rauscharme Beschaltung für die FG Mikrofone im Eingangsverstärker. Ggf. auch schone eine teilweise Frequenzganganpassung im Vorverstärker, damit die unteren Frequenzen nicht schon zu Übersteuerung im PGA2500 führen, während die hohen Frequenzen noch zu wenig verstärkt sind. Natürlich könnte man dann die Frequenzganganpassung und weitere Filterung auch im FPGA noch weiter verbessern. Und sorry, wie gesagt, meine Kenntnisse in diesem Bereich sind rudimentär (mein Nachrichtentechnikstudium ist ja nun schon über 30 Jahre her und in den 30 Jahren hatte ich kaum etwas mit Analogtechnik zu tun :-)). Christian Berger schrieb: > Fledermausrufe kann man auch ohne FFT detektieren, Das kann man sicher tun und natürlich könnte man eine FFT auch im STM32 rechnen. Am Anfang des Projektes war ich mir noch nicht sicher, was alles in welcher Genaugkeit wie schnell gerechnet werden soll. Da hab ich mich halt für die (fertig verfügbare) Kombination von FPGA und STM32 entschieden. Das lässt alle Freiheitsgrade offen, auch für andere Use Cases als Fledermausrufe. Zur FFT. Die hatte ich eigentlich eingebaut, um die graphische Anzeige der Frequenzanteile eines Fledermausrufsequenz machen zu können. Das kannst Du Dir hier mal anschauen: https://www.youtube.com/watch?v=QQygRSi_MmI Die Frequenzanzeige ist die kleine Grafik in der Mitte. In dem Video sind Zwergfledermäuse am Werk. Durch die Anzeige der Peak Frequenz und der Frequenzanteile hat man wichtige Hinweise zur Artbestimmung. Bei den Zwergen sieht man deutlich die asymmetrische Kurve mit dem steilen Anstieg am Anfang und das weichere Abfallen in den höheren Frequenzen. Bei Myotis-Arten zeigt die Grafik z.B. ein schönes, recht symmetrisches Dreieck (hab ich jetzt leider keine Aufzeichnung parat). Damit bekommt man sehr viel Information schon direkt im Feld: Man hört die Tiere und kann (mit viel Übung und den richtigen Frequenzeinstellungen im HD Modus)vom Klang auf die Art schließen. Man hat zusätzlich durch die Stereo Funktion eine höhere Chance das Tier am dunklen Himmel visuell zu finden und Größe und Flugstil mit einzubeziehen. Durch die Frequenzgrafik und die angezeigte Peak-Frequenz gibt es weitere wichtige Informationen zur Art, welche insbesondere den Fledermausleuten helfen, die im Hören noch nicht so geübt sind. Und wenn man jetzt der Meinung ist, ein interessantes Tier vor sich zu haben, dann kann man die Aufnahme der Call-Sequenz starten und zuhaus dann später die Artbestimmung am PC anhand der Aufnahmen und den zusätzlich gesammelten Infos durchführen. Die FFT hilft zudem ungemein bei der automatischen Detektion einer Rufsequenz. Ich verwende dazu eine Crest Berechnung. Das ist hier sehr schön beschrieben: http://www.elekon.ch/de/batlogger/bat_produkte/batlogger_/faq.html Mit der Crest-Information kann man Rufe schon sehr schön erkennen. Ich habe letztes Jahr mal viele Aufnahmen durch eine MatLab Simulation der FFT/Crestberechnung laufen lassen und die Unterscheidungskriterien gesucht. Wenn man das noch mit einer "Grillen-Erkennung" (die hab ich leider noch nicht implementiert, kommt aber, ist auch im Link oben unter Periodentrigger beschrieben) und mit weiteren einschränkenden Kriterien (z.B. Frequenzbereich, Minimallautstärke...)kombiniert, dann kann recht verlässlich Rufe von anderen Störgeräuschen (Kirchenglocken, Autos, Schlüsselgeklapper, Wasserrauschen, Grillen usw. usw.) unterscheiden. Das ist insbesondere bei automatischen Aufnahmen ohne Nutzer-Interaktion wichtig. Christian Berger schrieb: > ber wenn man noch breitbandige Ultraschallsender an das FPGA anbindet, > so könnte man ein richtig hochwertiges Echolot bauen. Dafür ist die FFT > eine sinnvolle Anwendung Coole Anwendungsidee! In die Richtung würde auch eine Erweiterung von Batdroid gehen, die ich noch so im Kopf habe ohne detailliert darüber nachgedacht zu haben: Durch die Laufzeitunterschiede eines Rufes einer Fledermaus in Bezug auf die beiden Mikrofone der Stereokonfiguration müsste man grob die Richtung bestimmen können (im Prinzip, wie unsere Ohren das auch machen), in der sich die Fledermaus befindet. Die Richtungsinformation könnte man (zusätzlich zu dem was einem die Ohren liefern) noch visuell zur Verfügung stellen. Mit dem FPGA und dem STM32 kann man sowas sicher realisieren. Aber das ist Zukunft. Wenn ich alles implementiert habe, was ich noch im Ideenspeicher habe, dann bin ich in Rente...
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